高速剪切輔助堿法從龍眼核中提取淀粉的研究

彭小燕，蔡香珍，葉丹榕，陳加鳳，林小暉

（漳州科技學(xué)院食品科技學(xué)院，福建漳州 363202）

龍眼為無患子科龍眼屬常綠果樹，龍眼果實俗名桂圓，是著名的亞熱帶水果，在我國已有2 000多年栽培歷史，是重要的南亞熱帶常綠長壽果樹，為嶺南四大佳果之一。我國龍眼栽培面積和產(chǎn)量均居世界首位。

龍眼深加工產(chǎn)品很多，如龍眼果酒、龍眼果醋、桂圓肉等，然而在深加工過程中產(chǎn)生的大量廢棄物，如龍眼殼和龍眼核，由于沒能綜合利用，造成了資源的極大浪費。其中，龍眼核約占龍眼果實鮮質(zhì)量的17%[1]。肖更生[2]、李秀娟[3]等人研究發(fā)現(xiàn)龍眼核含有大量的淀粉，如能將這些資源合理利用，不僅減輕了環(huán)境負擔(dān)，也能增加企業(yè)收入。然而，目前關(guān)于龍眼核綜合利用的研究主要集中在龍眼核多酚[4]、多糖[5]、原花青素[6-10]、黃酮類物質(zhì)[11-12]及膳食纖維[13]等的提取及其應(yīng)用方面[14]，關(guān)于龍眼核淀粉的研究很少。高速剪切常作為一種輔助方法被應(yīng)用在膳食纖維等產(chǎn)品的提取制備中[15]。采用高速剪切輔助堿法，從龍眼核中提取淀粉，優(yōu)化提取工藝，制備龍眼核淀粉，以期為龍眼核的深加工及應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

龍眼核，沙利（龍海）食品有限公司收購；

所用試劑均為分析純。

1.2 儀器設(shè)備

BS400S-WEI型電子天平，北京康多利斯儀器系統(tǒng)有限公司產(chǎn)品；凱氏定氮儀，濟南阿爾瓦儀器有限公司產(chǎn)品；粗脂肪測定儀，瑞典Foss公司產(chǎn)品；UV1101型紫外-可見分光光度計，上海天美科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品；S-3400型掃描電子顯微鏡，日本日立公司產(chǎn)品；40，100，200，300，400目檢驗標準網(wǎng)篩，浙江上虞市公路儀器廠產(chǎn)品；高剪切乳化機，上海威宇機電制造有限公司產(chǎn)品；SHA-B型恒溫水浴振蕩器，常州國華電器有限公司產(chǎn)品；TGL-16G型高速離心機，湘儀儀器廠產(chǎn)品；DHG-9146A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海精宏實驗設(shè)備有限公司產(chǎn)品；萬能粉碎機，北京興時利和科技發(fā)展有限公司產(chǎn)品。

1.3 龍眼核淀粉提取

1.3.1 高速剪切輔助堿法提取龍眼核淀粉

稱取龍眼核粉30 g，放入2 500 mL燒杯中，加入一定比例蒸餾水，在室溫下放置過夜，使之吸水膨脹。然后在不同轉(zhuǎn)速條件下，調(diào)節(jié)提取時間和溶液pH值，進行單因素試驗和正交試驗。最終將上述提取物依次過100，200，300，400目篩，濾渣用清水洗滌，直到濾液不再渾濁，合并濾液，用0.1 mol/L的鹽酸溶液調(diào)節(jié)至中性，以轉(zhuǎn)速5 000 r/min離心3 min，棄去上清液得沉淀物。將沉淀物在50℃條件下干燥過夜，得到粗龍眼核淀粉。

1.3.2 傳統(tǒng)堿法提取龍眼核淀粉

參照韋思慶等人[16]堿法提取淀粉的工藝稍作改動。稱取龍眼核粉30 g，按料液比1∶15，在室溫下放置1 h，使之吸水膨脹，然后調(diào)節(jié)溶液pH值10，在40℃恒溫水浴振蕩器中以轉(zhuǎn)速150 r/min提取2 h，最終將提取物依次過100，200，300，400目篩，濾渣用清水洗滌，直到濾液不再渾濁，合并濾液，用0.1 mol/L的鹽酸溶液調(diào)節(jié)至中性，以轉(zhuǎn)速5 000 r/min離心3 min，棄去上清液得沉淀物。將沉淀物在50℃下干燥過夜，得粗龍眼核淀粉。

1.3.3 單因素試驗

研究不同剪切速率1 000，2 000，3 000，4 000，5 000 r/min；料液比 1∶10，1∶15，1∶20，1∶25，1∶30；pH 值 7，8，9，10，11；提取時間 10，20，30，40，50 min對龍眼核淀粉得率的影響。單因素試驗基礎(chǔ)條件為剪切速率3 000 r/min，料液比1∶20（g∶mL），提取時間30 min，溶液pH值9。

1.3.4 淀粉得率

淀粉得率用以下公式進行計算：

式中：m0——初始龍眼核的質(zhì)量，g；

m1——粗淀粉質(zhì)量，g。

1.3.5 淀粉感官指標及理化指標分析

水分：參照GB/T 12087—2008淀粉水分測定（烘箱法）；灰分：參照GB/T 22427.1—2008淀粉灰分測定；蛋白質(zhì)：參照GB/T 22427.10—2008淀粉及其衍生物氮含量測定；脂肪：參照GB/T 22427.3—2008淀粉總脂肪測定。

1.3.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

所有試驗均重復(fù)3次，數(shù)據(jù)均按照平均值±標準差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗

提取時間對龍眼核淀粉得率的影響見圖1。

圖1 提取時間對龍眼核淀粉得率的影響

由圖1可以看出，隨著提取時間的延長，龍眼核淀粉的得率逐步提高，說明龍眼核中的淀粉在機械攪拌下不斷溶出，在30 min時淀粉得率達到27.45%，40 min時得率最高，為27.77%；隨著提取時間延長到50 min，淀粉得率反而略有下降，可能是由于長時間的高速剪切導(dǎo)致淀粉粒被破壞，部分分解成較小分子溶解在溶劑中，造成淀粉的損失。

剪切速率對龍眼核淀粉得率的影響見圖2。

圖2 剪切速率對龍眼核淀粉得率的影響

由圖2可以看出，剪切速率越大，淀粉得率越大，說明機械攪拌促使淀粉顆粒從淀粉核中解脫，轉(zhuǎn)速在3 000 r/min和4 000 r/min時，淀粉得率分別為27.45%和27.76%，隨著轉(zhuǎn)速的加快，也可能導(dǎo)致淀粉破壞，而引起淀粉得率略有下降。

溶液pH值對龍眼核淀粉得率的影響見圖3。

圖3 溶液pH值對龍眼核淀粉得率的影響

由圖3可以看出，隨著溶液pH值的升高，淀粉得率有緩慢升高，但是升高并不顯著，在溶液pH值10時，淀粉得率達到最高，為27.81%。溶液pH值升高，可以加速淀粉從組織中溶出，然而在高速剪切速率下，這種變化并不顯著。反而，隨著溶液pH值繼續(xù)增加，較強的溶液pH值環(huán)境可能破壞淀粉顆粒結(jié)構(gòu)，造成淀粉得率略有下降。

料液比對龍眼核淀粉得率的影響見圖4。

圖4 料液比對龍眼核淀粉得率的影響

由圖4可以看出，在料液比為1∶10時，淀粉得率相對較小，隨著料液比的增加，淀粉得率升高，隨著料液比增加到1∶20之后，淀粉得率變化沒有顯著性差異。

從以上結(jié)果可以看出，最佳的單因素水平分別為提取時間40 min，剪切速率4 000 r/min，溶液pH值10和料液比1∶30，但是根據(jù)試驗結(jié)果，考慮到經(jīng)濟成本和對環(huán)境的友好方面，最終確定正交試驗的單因素水平為提取時間30 min，剪切速率3 000 r/min，溶液pH值9，料液比1∶25。

正交因素與水平設(shè)計見表1。

表1 正交因素與水平設(shè)計

2.2 正交試驗結(jié)果與分析

根據(jù)以上單因素結(jié)果和正交因素和水平表，設(shè)計如下正交試驗。

L9（34）正交試驗結(jié)果見表2，方差分析見表3。

由表2可以看出，單因素試驗中影響最大的因素為提取時間，其次依次為料液比、剪切速率、溶液pH值。由表3可以看出，各個因素對試驗結(jié)果影響并無顯著性差異，這可能是因為龍眼核經(jīng)過粉碎、浸泡過夜，組織細胞較易破壞，并且提出的淀粉經(jīng)過篩網(wǎng)過濾，導(dǎo)致部分淀粉損失，造成試驗結(jié)果存在一定誤差。綜上試驗結(jié)果，考慮經(jīng)濟、可操作性方面，最終優(yōu)化因素水平組合A2B3C3D3。經(jīng)過驗證，在此條件下淀粉得率達到25.12%±1.32%。

表2 L9（34）正交試驗結(jié)果

表3 方差分析

2.3 傳統(tǒng)堿法與高速剪切輔助堿法比較

傳統(tǒng)堿法最終得到的淀粉得率為15.36%±1.71%，淀粉得率相對較低，而且耗時長，高速剪切輔助堿法只需要30 min即可達到25%左右的淀粉得率。說明高速剪切輔助堿法可以有效促使淀粉從龍眼核組織中溶出，具有較好的提取效果。然而，李秀娟等人[3]測得龍眼核皮層和粉層中的淀粉含量分別為28.55%和45.26%，肖更生等人[2]的研究得到龍眼核淀粉含量高達60.9%，均與試驗結(jié)果有所差異，這可能與淀粉測定方法有關(guān)，或與龍眼品種有關(guān)，也可能由于試驗過篩純化過程中部分淀粉損失有關(guān)。

2.4 淀粉成分分析

龍眼核淀粉成分分析見表4。

表4 龍眼核淀粉成分分析/%

將高速剪切輔助堿法和傳統(tǒng)堿法所提取的淀粉成分進行分析，可以看出2種方法得到的龍眼核淀粉中均含有一定量的非淀粉類雜質(zhì)，粗淀粉的含量為65%～68%，仍需要進一步純化處理。

3 結(jié)論

從單因素試驗可以看出，高速剪切輔助堿法從龍眼核中提取淀粉，提取時間、剪切速率、溶液pH值和料液比對淀粉得率都有顯著影響。通過正交試驗優(yōu)化提取組合條件為A2B2C1D1，即提取時間30 min，剪切速率2 000 r/min，溶液pH值9，料液比1∶20，此時淀粉得率為25.12%。與傳統(tǒng)堿法相比，高速剪切輔助堿法提取速率快、得率高。通過對淀粉成分分析可以看出，2種方法所得的粗淀粉中均含有許多非淀粉雜質(zhì)，需要進一步純化，加酶去除蛋白，其物化特性有待后續(xù)研究。